Chemical Reaction Acceleration by Interfacial-Tension-Induced Mixing and Reaction Mechanism Elucidation

• Project/Area Number: 24K00912
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21040:Control and system engineering-related
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 古谷 正裕 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80371342)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 秋津 貴城 東京理科大学, 理学部第二部化学科, 教授 (80348812) ; 鈴木 美穂 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (60222064) ; 田中 大器 早稲田大学, 理工学術院, 講師(任期付) (60780195)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000); Fiscal Year 2026: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2025: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000); Fiscal Year 2024: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
• Keywords: マイクロチャンネル / MEMS / 反応促進 / 反応選択性 / 数値流体力学

Outline of Research at the Start

流路幅が髪の毛（百マイクロメートル）程度のマイクロチャンネルは、顕微鏡で化学反応過程をリアルタイムに観察しやすいという特長がある。特に液滴流とすることで反応生成物が流路に堆積することがないが、流れが層流となることで、流体混合が制限される。本研究では微小液滴の曲率半径が小さいことから、複数液滴を合体させたときに大きな界面張力が発生することを混合促進に活用する。数値流体力学シミュレーションと実験との両輪で液滴内の対流を効率的に促進する形状と流動条件を探索する。これにより反応速度と選択性を向上させ、従来合成が困難であった物質の創成することを目指す。